BR112014033048B1

BR112014033048B1 - Processo para prepração de sais de n-acil aminoácido

Info

Publication number: BR112014033048B1
Application number: BR112014033048-4A
Authority: BR
Inventors: Bing Wang; Gregory P. Dado
Original assignee: Stepan Company
Priority date: 2012-07-03
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2021-03-23
Also published as: IN2014KN03094A; WO2014008103A1; EP2870136B1; MY185147A; US9156777B2; EP2870136A1; BR112014033048A2; US20150126776A1; SG11201500025XA

Abstract

processo que compreende a reação de um éster alquil graxo sal de n-acil aminoácido e processo que compreende a reação de um poliol éster. processos melhorados para fazer um sal de n-acil aminoácido de um éster alquil graxo ou um poliol éster são divulgados. cada processo utiliza um poliol selecionado de glicerina ou propileno glicol em quantidade eficaz para manter a mistura de reação fluida, até que a conversão para o sal de n-acil aminoácido alcance o nível desejado de conclusão. em um processo, um éster alquil graxo reage com um sal de aminoácido na presença de glicerina ou propileno glicol para produzir um sal de n-acil aminoácido. em outro processo, um poliol éster reage com o sal de aminoácido na presença de glicerina ou propileno glicol adicionados para produzir o sal de n-acil aminoácido. verificou-se que uma quantidade eficaz de glicerina ou propileno glicol minimiza ou elimina a solidificação ou formação de espuma da mistura de reação, reduz a cor e minimiza o nível de subprodutos di-e tripeptídeo. num processo relacionado, água é adicionada quando a conversão do sal de aminoácido para o sal de n-acil aminoácido está na faixa de 50 a 90% em mol. adição de água melhora a capacidade de processamento, avança a conversão sem produzir sabão excessivo e ajuda a garantir que o sal de n-acil aminoácido terá pouca cor e uma pequena proporção de subprodutos.

Description

PROCESSO PARA PREPRAÇÃO DE SAIS DE N-ACIL AMINOÁCIDO

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A invenção refere-se a sais de N-acil aminoácido e processos para prepará-los.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0002] Sais de N-acil aminoácido são surfactantes aniônicos úteis em detergentes para roupa, produtos de limpeza domésticos ou industriais, espumantes, emulsionantes, produtos de limpeza pessoal e outras aplicações. Como muitas vezes são excepcionalmente amenos, os sais são particularmente valiosos para formulações de produtos de cuidados pessoais.

[0003] Em geral, os sais de N-acil aminoácido têm sido subutilizados, devido, pelo menos em parte, aos desafios em fabricá-las. Sais de N-acil aminoácido podem ser feitos a partir dos cloretos de acil graxos correspondentes e sais de aminoácido usando química SchottenBaumann (ver, por exemplo, J. Am. Chem. Soc. 78 (1956) 172 e U.S. Pat. N. º 6.703.517), mas este processo é caro e gera uma quantidade equimolar de subproduto de sal indesejável. Em um método sintético alternativo, um ácido graxo é reagido com um amino álcool para dar uma amida graxa, que depois é oxidada para dar o aminoácido N-acil (ver, por exemplo, U.S. Pat. N. º 8.093.414). Este processo é dificultado por relativamente baixos rendimentos, baixas seletividades na etapa de oxidação, o uso de catalisadores de metais preciosos e a necessidade de um processamento orgânico convencional.

[0004] Em outros processos conhecidos, o sal de N-acil aminoácido é feito a partir de um ácido graxo. Por exemplo, EP 1672055 e U.S. Pat. Appl. Publ. N. º 2006/0239952 descreve a síntese de Glicinatos de N-acil pela reação de um ácido graxo com glicina. Este processo gera uma proporção relativamente elevada de subprodutos di- e tripeptídeo (di - e triglicinatos), que pode ou não ser desejável dependendo do uso pretendido; conversão para o produto mono-acilado é cerca de 92%. U.S. Pat. N. 0 3.836.551 ensina a reagir ácidos graxos com sais de aminoácido na fase fluida fundida (ou seja, sem solvente), em solução, usando um solvente polar aprótico (tal como o dimetilsulfóxido ou N, Ndimetilformamida) ou em suspensão com um solvente orgânico apoiar (por exemplo, xileno). Tempos de reação típicos são cerca de 9 horas, e subprodutos não são discutidos. Geralmente, a rota do ácido graxo também é menos preferida, porque requer uma alta temperatura de reação, que leva ao desenvolvimento de cor indesejável no sal de N-acil aminoácido.

[0005] Ésteres graxos também têm sido utilizados como matérias-primas. U.S. Pat. N. 0 5.856.538 ensina a reagir a um éster alquil graxo (por exemplo, oleato de metil) com um sal de aminoácido e um excesso molar de 30-150% de uma base forte (por exemplo, solução de metanol/metóxido de sódio). Sarcosinato de sódio é usado nos exemplos, embora outros sais de aminoácido sejam ensinados como apropriados, e nenhum solvente é usado. WO 95/07881 ensina um método de preparação de sarcosinatos N-acil partir de ésteres graxos. A referência indica que solventes de álcool (por exemplo, 1-propanol, 1-butanol, álcool isobutil, propileno glicol, etileno glicol) podem ser usados para reduzir a viscosidade durante a reação de amidação. Nos exemplos, o solvente é usado para remover a água por destilação azeotrópica.

[0006] U.S. Pat. N. 0 5.898.084 descreve a preparação de sais de N-acil aminoácido reagindo um mono-, di- ou triglicerídeo com um sal de aminoácido na presença de uma base forte. Nos exemplos, óleo de colza (um triglicerídeo) é reagido com sarcosinato de sódio, na presença de metanol/metóxido de sódio, e a reação continua até que glicerídeos não sejam mais detectados. Um processamento orgânico típico segue. A referência indica que a glicerina produzida durante a reação continua na mistura de reação ou é total ou parcialmente removida no processamento convencional. Ao final da reação, a mistura é normalmente uma pasta viscosa.

[0007] A preparação de sais de N-acil aminoácido é particularmente desafiadora quando os reagentes são ésteres alquil graxos- -particularmente ésteres metil graxos--e glicinatos de metais alcalinos, como na preparação de glicinato cocoil de sódio, glicinato miristil de sódio, ou glicinato lauril de sódio. Esta reação é problemática devido à falta de compatibilidade de reagente, solidificação da mistura de reação a temperaturas elevadas de processo, desenvolvimento de cor, muita formação de espuma durante a remoção do metanol e geração de subproduto significativa. Solventes têm sido utilizados para mitigar algumas destas preocupações, mas tipicamente no contexto de sarcosinatos ou outros sais de aminoácido que são mais facilmente convertidos em sais de N-acil aminoácido. Além disso, a necessidade de remover um solvente apresenta desafios adicionais.

[0008] Em suma, um processo de melhoria para fazer sais de Nacil aminoácido é necessário. Em particular, a indústria precisa de um processo que evita a geração de sal e as questões de seletividade de outras rotas conhecidas. De preferência, o processo daria uma proporção reduzida de subprodutos di- e tripeptídeo e evitaria a necessidade de remover um solvente de processo. Um processo ideal iria superar as dificuldades especiais que complicam a preparação de Glicinatos de N-acil de ésteres alquil graxos.

RESUMO DA INVENÇÃO

[0009] A invenção está relacionada a processos melhorados para fazer um sal de N-acil aminoácido de um éster alquil graxo ou um poliol éster. Cada processo utiliza pelo menos um poliol selecionado de glicerina e propileno glicol em quantidade eficaz para manter a mistura de reação fluida, até que a conversão para o sal de N-acil aminoácido atinja o nível desejado de conclusão.

[0010] Um processo compreendendo a reação de um éster alquil graxo com um sal de aminoácido na presença de glicerina ou propileno glicol para produzir um sal de N-acil aminoácido e um alcanol C1- C4. O alcanol é removido da mistura de reação enquanto se forma. Outro processo compreende reagir um poliol éster selecionado dentre mono-, di - ou triglicerídeos ou mono - ou diésteres graxos de propileno glicol com o sal de aminoácido na presença de glicerina adicionada ou propileno glicol para produzir o sal de N-acil aminoácido.

[0011] Verificou-se que uma quantidade eficaz de glicerina ou propileno glicol no processo minimiza ou elimina a solidificação ou formação de espuma da mistura de reação à temperatura de reação, reduz a cor e minimiza o nível de subprodutos di- e tripeptídeo. Como o propileno glicol ou a glicerina podem ser deixados no produto de reação para algumas utilizações finais, particularmente aplicações de cuidados pessoais, o processo elimina a necessidade de remover e recuperar um solvente de processo.

[0012] Num processo relacionado, água é adicionada à mistura de reação quando a conversão do sal de aminoácido para o sal de N-acil aminoácido está na faixa de 50 a 90% em mol. Adição de água melhora a capacidade de processamento, avança a conversão sem produzir sabão excessivo e ajuda a garantir que o sal de N-acil aminoácido terá cor baixa e uma pequena proporção de subprodutos di- e tripeptídeos.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO Preparação de sais de N-acil aminoácido a partir de ésteres alquil graxos

[0013] Um processo compreendendo a reação de um éster alquil graxo com um sal de aminoácido na presença de um poliol selecionado de glicerina e propileno glicol para produzir um sal de N-acil aminoácido e um alcanol C1-C4.

[0014] Ésteres alquil graxos apropriados são ésteres alquil inferiores de ácidos graxos lineares ou ramificados, saturados ou insaturados. O éster alquil graxo pode ser feito, por exemplo, por esterificação de um ácido graxo com um alcanol ou transesterificação de um triglicerídeo, que é normalmente um óleo ou gordura animal ou vegetal, com um alcanol. Consequentemente, a porção graxa do éster terá tipicamente 6-22 carbonos com uma mistura de cadeias de saturadas e insaturadas internamente.

[0015] Em um aspecto preferencial, o éster alquil graxo é um éster alquil inferior, obtido por fracionamento. Assim, saponificação de um óleo ou gordura fornece um ácido graxo, que pode ser reagido com um alcanol inferior para dar uma mistura de ésteres, normalmente ésteres metil. O fracionamento dessa mistura fornece ésteres alquil graxos tendo uma faixa de número de carbono média desejada. Alternativamente, o óleo ou gordura é transesterificado com um alcanol para dar os ésteres em uma única etapa antes do fracionamento.

[0016] Dependendo da fonte, o éster graxo pode ter uma preponderância de componente C16- C22. Por exemplo, metanólise de óleo de soja fornece os ésteres metil saturados dos ácidos palmítico (C16) e esteárico (C18) e os ésteres metil insaturados dos ácidos oleico (C18 monoinsaturado ), linoleico (C18 di-insaturados) e a-linolênico (C18 tri-insaturado ). Ésteres alquil graxos preferenciais derivam de ácidos graxos C6 - C22 ou suas misturas, de preferência ácidos graxos C8-C18 ou suas misturas. Em alguns casos, ácidos graxos C1r C14 podem ser preferidos. Exemplos incluem metil caprato, miristato de metil, laurato de metil e metil ésteres de óleo de coco. Ésteres alquil graxos preferenciais derivam de alcanóis C1-C4, de preferência metil ou etil ésteres, mais de preferência metil ésteres.

[0017] Sais de aminoácidos apropriados são metais alcalinos e sais de metais terrosos alcalinos de aminoácidos. Sais de metais alcalinos são preferidos, particularmente sais de sódio e potássio, de aminoácidos, selecionados dentre glicina, sarcosina, ~-alanina, ácido glutâmico, alanina e ácido aspártico. Glicinatos, sarcosinatos e glutamatos são particularmente preferidos. Glicinatos são mais preferidos.

[0018] Normalmente, um excesso do éster alquil graxo é usado. De preferência, a razão molar de sal de aminoácido para éster alquil graxo será dentro da faixa de 50 a 110% em mol, mais de preferência de 80 a 100% em mol.

[0019] A reação do éster alquil graxo e sal de aminoácido é realizada preferencialmente na presença de um catalisador alcalino. Catalisadores alcalinos apropriados incluem, por exemplo, metais alcalinos, bem como metais alcalinos e hidretos de metais alcalinos terrosos, hidróxidos, alcóxidos, carbonatos, bicarbonatos, carboxilatos e afins. Alcóxidos de metais alcalinos são preferidos. Quando é utilizado um éster metil graxo, metóxido de sódio ou metóxido de potássio é preferencial. Quando um catalisador alcalino é usado, é preferível o uso de O, 1 a 20% em mol, mais de preferência de 0,2 a 1 Oo/oem mol, mais de preferência de 1 a 5% em mol, de catalisador em relação à quantidade de éster alquil graxo.

[0020] O poliol é selecionado dentre glicerina e propileno glicol; podem ser utilizadas misturas de glicerina e propileno glicol.

[0021] O poliol é usado em uma quantidade eficaz para manter a mistura de reação fluida. "Fluida" significa que a mistura de reação mantém boas propriedades de fluxo na temperatura de reação; continua a ser agitável e bombeável em demanda de energia razoável. Uma pessoa versada na técnica pode determinar convenientemente o ponto de fusão da mistura de reação ( ou inversamente, o ponto de solidificação), juntamente com a viscosidade de mistura de reação fundida, para julgar se um determinado resultado constitui uma mistura de reação fluida. Quando o poliol é omitido ou usado em uma proporção muito pequena, a mistura de reação pode tornar-se extremamente viscosa ou solidificar-se, mesmo em temperatura elevada. Além disso, o produto pode escurecer, a conversão sofre, subprodutos (principalmente di - e tripeptídeos) formam-se, e formação de espuma excessiva pode ocorrer quando compostos voláteis (por exemplo, alcanóis produzidos na amidação de reação) ficam presos na mistura viscosa. Exemplos 1 e 2 mostram os benefícios de usar bastante glicerina, enquanto exemplos comparativos 3-5 ilustram o efeito do uso sem glicerina ou com muito pouco glicerina. Conforme mostrado no exemplo comparativo 3, quando não se usa glicerina, a conversão para o sal de Nacil aminoácido é baixa, é necessária uma temperatura alta e a mistura de reação se solidifica após a conversão parcial (40% em mol). Exemplos comparativos 4 e 5 mostram o impacto na cor, conversão e espumação quando é usada glicerina inadequada. Exemplos 7 e 8 mostram que propileno glicol pode alcançar a fluidez em níveis inferiores de uso.

[0022] A quantidade de poliol necessária para a manutenção de uma mistura de reação fluida depende do comprimento de cadeia de éster graxo, a natureza do sal de aminoácido e poliol, a temperatura de reação e outros fatores. De preferência, no entanto, pelo menos 10% em peso, mais de preferência pelo menos 20% em peso, de poliol é usado com base nas quantidades combinadas de poliol, éster alquil graxo e sal de aminoácido.

[0023] De preferência, o poliol é usado em uma quantidade de maneira que o ponto de fusão da mistura de reação fique a pelo menos 1 OºC abaixo daquele da temperatura de reação em uma conversão de sal de aminoácido para sal de N-acil aminoácido maior que 70% em mol. Mais de preferência, o poliol é usado em uma quantidade de maneira que o ponto de fusão da mistura de reação fique a pelo menos 20°C abaixo daquele da temperatura de reação em uma conversão de sal de aminoácido para sal de N-acil aminoácido maior que 70% em mol. O ponto de fusão da mistura de reação aumenta normalmente enquanto a conversão prossegue até a conclusão. Assim, é mais desafiador, em altas conversões, manter uma mistura de reação fluida e evitar as dificuldades discutidas acima.

[0024] A pessoa versada na técnica deve apreciar que o ponto de fusão da mistura de reação é influenciado pela natureza do poliol e do sal de aminoácido; a proporção de poliol; o comprimento, ramificação e distribuição no grupo acil do éster graxo da cadeia; e outros fatores. De preferência, a mistura de reação mantém um ponto de fusão (ou seja, uma temperatura de solidificação) menor que 160°C, mais de preferência menor que 150°C, mais de preferência menor de 140°C.

[0025] De preferência, a mistura de reação terá uma viscosidade final menor que 10.000 cP, mais de preferência menor que 1000 cP e ainda mais de preferência menor que 200 cP, onde cada viscosidade é medida a temperatura de reação de amidação.

[0026] Em um exemplo específico, quando uma mistura de pelo menos cerca de 70 a cerca de 100% em peso de laurato de metil e cerca de O a cerca de 30% em peso de miristato de metil é reagida com sódio glicinato em uma mistura de reação compreendendo glicerina, é preferível usar pelo menos 30% em peso, mais de preferência pelo menos 35% em peso e ainda mais de preferência pelo menos 40% em peso, de glicerina com base nas quantidades combinadas de glicerina, ésteres de metil C12-C14 e glicinato de sal.

[0027] Em outro exemplo específico, quando laurato de metil é reagido com glicinato de sódio em uma mistura de reação compreendendo propileno glicol, é preferido o uso de pelo menos 10% em peso, mais de preferência pelo menos 20% em peso e ainda mais de preferência pelo menos 25% em peso, de propileno glicol, com base nas quantidades combinadas de propileno glicol laurato de metil e sal glicinato.

[0028] O uso do poliol permite conversão bem-sucedida para o sal de N-acil aminoácido desejado em temperaturas relativamente modestas. De preferência, a reação de amidação do éster alquil graxo e sal de amino ácido é executada a uma temperatura dentro da faixa de 100ºC a 200°C, mais de preferência de 110°C a 160°C e ainda mais de preferencia de 120°C a 150°C.

[0029] A conversão do sal de aminoácido para o sal de N-acil aminoácido é realizada para qualquer grau desejado. Pode ser desejável, por exemplo, converter apenas uma parte do sal do ácido aminado, conferindo-lhe uma mistura do éster alquil graxo e o produto da amidação. De preferência, no entanto, pelo menos 80% em mol do sal de aminoácido é convertido para o sal de N-acil aminoácido. Mais, de preferência, pelo menos 90% em mol do sal de aminoácido é convertido para o sal de N-acil aminoácido.

[0030] O processo inventivo torna possível minimizar a proporção de subprodutos di - e triacilados (também referidos neste documento como "di - e tripeptídeos") gerados. De preferência, a quantidade de subprodutos di - e triadiados é menor que 10% em mol, mais de preferência menor que 5% em mol, com base nas quantidades combinadas de sal de N-acil aminoácido e subprodutos.

[0031] Assim, quando poliol suficiente é incluído, a compatibilidade do éster alquil graxo e sal de aminoácido melhora, desse modo permitindo reações de baixa temperatura e taxas mais rápidas, e gerando sais de N-acil aminoácido tendo pouca cor e uma proporção reduzida de subprodutos di- e tripeptídeo.

[0032] De preferência, água é substancialmente excluída da reação de amidação, pelo menos enquanto a conversão do sal de aminoácido para o sal de N-acil aminoácido é inferior a 50% em mol. Água inibe a reação de amidação e pode produzir níveis elevados de sabão. (Como será explicado mais tarde, no entanto, verificou-se que a adição de água na verdade pode ser benéfica quando a conversão está na faixa de 50 a 90% em mal.)

[0033] A reação do éster alquil graxo e sal de aminoácido gera um alcanol C1- C4, que é retirado da mistura de reação enquanto se forma. Quando é utilizado um éster metil graxo, o alcanol é metanol. O progresso da reação de amidação normalmente é monitorado pela medição da quantidade de alcanol coletado e/ou usando o 1H NMR, titulação ou outras técnicas conhecidas.

[0034] O produto desejado é um sal de N-acil aminoácido. Os sais têm ampla utilidade como Surfactantes Aniônicos e são úteis em indústrias como cuidados pessoais, detergentes para roupa, tratamento de tecido, produtos de limpeza industrial ou doméstica, polimerização de emulsão, branqueamento e produtos químicos do campo petrolífero, entre outros. Os Glicinatos de N-acil e Sarcosinatos de N-acil, especialmente os sais de metàis alcalinos, são de particular interesse em aplicações de cuidados pessoais tais como sabonetes corporais, xampus, sabão em barra, sabonetes líquidos para as mãos e afins. O uso de glicerina ou propileno glicol como um agente de fluidização para o processo inventivo é particularmente benéfico porque muitos produtos de cuidados pessoais são formulados para incluir glicerina ou propileno glicol. Consequentemente, pode não haver necessidade de remover a glicerina ou propileno glicol do sal de N-acil aminoácido depois que ele é preparado.

[0035] Como observado anteriormente, a preparação de sais de N-acil aminoácido é particularmente desafiadora quando os reagentes são ésteres metil graxos e glicinatos de metais alcalinos. Esta reação é problemática devido à falta de compatibilidade de reagente, solidificação da mistura de reação a temperaturas elevadas de processo, desenvolvimento de cor, muita formação de espuma durante a remoção do metanol e geração de subproduto significativa. Estes problemas são evidentes a partir da inspeção no exemplo comparativo 3. Este exemplo mostra que quando o poliol (glicerina) é omitido, não é possível alcançar nem mesmo 50% de conversão para o sal de Glicinato de N-acil desejado sem que a mistura de reação escureça e solidifique. O processo inventivo aborda a necessidade específica de uma rota melhor para Glicinatos de N-acil quando a matéria- prima é um éster metil graxo, particularmente um éster metil graxo C10- C14 . A indisponibilidade, até agora, de um processo altamente econômico provavelmente tem prejudicado ampla utilização de Glicinatos de N-acil, que são surfactantes aniônicos excepcionalmente brandos, em cuidados pessoais e outras aplicações.

Preparação de sais de N-acil aminoácido a partir de poliol ésteres

[0036] Em outro aspecto, um poliol éster é usado em vez de ou em adição a um éster alquil graxo para preparar o sal de N-acil aminoácido. "Poliol éster" conforme usado aqui significa um mono-, di-, ou triglicerídeo ou um mono - ou diéster graxo de propileno glicol. Assim, a invenção inclui um processo que compreende reagir um poliol éster selecionado dentre mono-, di - ou triglicerídeos ou mono - ou diésteres graxos de propileno glicol com o sal de aminoácido na presença de glicerina adicionada ou propileno glicol para produzir o sal de N-acil aminoácido. A glicerina ou propileno glicol são adicionados em quantidade eficaz para manter a mistura de reação fluida, até que a conversão para o sal de N-acil aminoácido atinja o nível desejado de conclusão. "Fluido" tem o significado dado anteriormente.

[0037] Em alguns casos, os poliol ésteres podem ser mais prontamente disponíveis do que os ésteres alquil graxos. Na verdade, os ésteres alquil graxos freqüentemente são obtidos por transesterificação de misturas de poliol éster com alcanóis inferiores. Além disso, o poliol éster pode ser, pelo menos em alguns casos, mais adequado do que o éster alquil graxo correspondente para a manutenção de uma mistura de reação fluida.

[0038] Normalmente, um excesso do poliol éster é usado. De preferência, a razão molar de sal de aminoácido para poliol éster será dentro da faixa de 20 a 105% em mol, mais de preferência de 50 a 100% emmol.

[0039] Sais de aminoácidos apropriados já foram descritos. Opcionalmente, a reação do poliol éster e o sal de aminoácido é realizada preferencialmente na presença de um catalisador alcalino. Catalisadores alcalinos adequados já foram descritos.

[0040] De preferência, a reação de amidação do poliol éster e sal de amino ácido é executada a uma temperatura dentro da faixa de 100ºC a 200ºC, mais de preferência de 110ºC a 160°C e ainda mais de preferencia de 120°C a 150°C.

[0041] Pelo menos um pouco de glicerina ou propileno glicol é adicionado à mistura de reação, ou seja, pelo menos um pouco de glicerina ou propileno glicol não é gerado a partir da amidação de um poliol éster. De preferência, pelo menos 10% em mol, mais de preferência pelo menos 20% em mol, e ainda mais de preferência pelo menos 35% em mol, de glicerina ou propileno glicol presente na mistura de reação em um determinado momento foi adicionado à mistura de reação como glicerina ou propileno glicol. Uma vantagem da utilização de poliol ésteres é a capacidade de gerar uma porção de glicerina ou propileno glicol conforme a reação se dá, que ajuda a manter a mistura de reação fluida.

[0042] Poliol ésteres apropriados são mono-, di- ou triglicerídeos; mono- ou diésteres graxos de propileno glicol; ou suas misturas. Eles podem ser produzidos, por exemplo, por reação de ácidos graxos, halogenetos de ácidos graxos ou anidridos graxos com glicerina ou propileno glicol usando métodos conhecidos. Muitos mono-, di- e triglicerídeos são misturas isoladas de, ou preparadas a partir de fontes naturais, particularmente óleos naturais como o óleo de coco, azeite de oliva, óleo de colza, óleo de soja ou similares. Assim, poliol ésteres apropriados podem ser feitos pela transesterificação de um óleo natural com glicerina para dar uma mistura de mono-, di- e triglicerídeos ou por transesterificação de um óleo natural com propileno glicol para dar uma mistura de mono- e diésteres graxos de propileno glicol.

[0043] Em um aspecto, o poliol éster necessário é gerado in situ a partir de um éster alquil graxo.

[0044] Assim, o éster alquil graxo, glicerina e o sal de aminoácido são aquecidos, opcionalmente, na presença de um catalisador alcalino. O éster alquil graxo reage, pelo menos em parte com glicerina para dar um mono- ou diglicerídeo intermediário, que reage com o sal de aminoácido para dar o sal de N-acil aminoácido desejado. Neste processo, o sal de N-acil aminoácido é gerado em parte a partir de um poliol éster intermediário, com o restante vindo de uma reação direta do éster alquil graxo e sal de aminoácido. Assim, as reações de esterificação e amidação podem ocorrer simultaneamente.

[0045] Em outro aspecto, o poliol éster é gerado a partir do éster alquil graxo em uma etapa separada, ou seja, na ausência do sal de aminoácido. Esta abordagem pode facilitar a remoção de alcanol formado pela esterificação. O poliol éster resultante pode ser combinado e reagido com o sal de aminoácido para dar o sal de N-acil aminoácido.

[0046] Ainda um outro aspecto, a conversão do poliol éster para o sal de N-acil aminoácido é intencionalmente limitada à conversão menos que completa, por exemplo, ao limitar-se a quantidade molar de sal de aminoácido usado. De preferência, a conversão dos grupos acil do poliol éster para o sal de N-acil aminoácido é de 30 a 90% em mol, mais de preferência 40 a 85% em mol, mais de preferência 50 a 80% em mol. A mistura resultante compreende o sal de N-acil aminoácido e um poliol éster, de preferência um monoglicerídeo. Essas misturas podem melhorar o desempenho de determinadas formulações de uso final, por exemplo, produtos de limpeza pessoal. Limitar a conversão dos grupos acil do poliol éster para o sal de N-acil aminoácido pode manter o ponto de fusão de mistura de reação baixo, reduzir a necessidade de adição de glicerina ou propileno glicol e permitir que uma temperatura de reação reduzida seja usada. Consequentemente, o produto resultante pode ter pouca cor e uma baixa concentração de subprodutos di- e tripeptídeo.

Preparação de sais de N-acil aminoácido na presença de água adicionada

[0047] Em outros processos inventivos, água é adicionada à mistura de reação quando a conversão do sal de aminoácido para o sal de N-acil aminoácido está na faixa de 50 a 90% em mol. Verificou-se que adicionar água significativamente reduz formação de subproduto e geração de cor, particularmente dipeptídeos. Além disso, verificou-se que o sal de aminoácido continua a reagir com ésteres graxos após adição de água tal que mais de 90% de conversão para o sal de N-acil aminoácido desejado pode ser atingido, ao mesmo tempo mantendo pouca cor e geração de sabão apenas modesta. A água adicionada também ajuda a fluidificar a mistura de reação e baixar o ponto de fusão da mistura de reação comparado ao seu ponto de fusão, na ausência da água adicionada.

[0048] Assim, um processo inventivo compreende a reação de um éster alquil graxo, um mono-, di - ou triglicerídeos, ou um mono - ou diéster graxo de propileno glicol com um sal de aminoácido na presença de glicerina ou propileno glicol para produzir um sal de N-acil aminoácido e opcionalmente um alcanol Cr C4. Qualquer alcanol é removido da mistura de reação enquanto se forma. A glicerina ou propileno glicol são adicionados em quantidade eficaz para manter a mistura de reação fluida, até que a conversão para o sal de N-acil aminoácido atinja o nível desejado de conclusão. Água é adicionada à mistura de reação quando a conversão do sal de aminoácido para sal de N-acil aminoácido está na faixa de 50 a 90% em mol, de preferência de 60 a 85% em mol, preferencialmente mais de 70 a 80% em mol. Se água é adicionada quando a conversão está bem abaixo de 50% em mol, muito do éster é hidrolisado para dar sabão ao invés de se tornar amidado. Por outro lado, se a conversão exceder 90% em mol antes que a água seja adicionada, desenvolvimento excessivo de cor não pode ser evitado. Embora sabão seja gerado normalmente após adição de água, particularmente quando o poliol é glicerina, surpreendentemente descobrimos que o nível é modesto (menos de 15% em mol), e conversão do sal de aminoácido para sal de N-acil aminoácido prossegue apesar da água adicionada.

[0049] A quantidade de água necessária dependerá da natureza dos ésteres graxos e sais de aminoácido, se glicerina ou propileno glicol é usada, a temperatura de reação, a mistura de produto desejada, o nível desejado de ativos, a viscosidade desejada e outros fatores. Em alguns casos, pode ser desejável usar uma proporção relativamente grande de água, por exemplo, para reduzir o nível de ativos da mistura. Em outros casos, pode ser desejável usar somente água suficiente para atingir a estabilização da cor ou uma viscosidade praticável. Geralmente, no entanto, é preferível usar 1 a 300% em peso, de preferência 1 O a 200% em peso, mais de preferência de 25 a 150% em peso e ainda mais de preferência 40 a 130% em peso de água com base na quantidade total de mistura de reação carregada.

[0050] Antes de qualquer adição de água, a reação de amidação é preferencialmente executada a uma temperatura dentro da faixa de 100ºC a 200°C, mais de preferência de 110ºC a 160°C e ainda mais de preferencia de 120°C a 150°C. Após adição de água, a amidação continua em uma temperatura mais baixa de reação, de preferência 80°C a 160°C, mais de preferência 85°C a 140°C.

[0051] Sais de aminoácidos, ésteres alquil graxos e poliol ésteres adequados já foram descritos. Opcionalmente, a reação é realizada na presença de um catalisador alcalino. Catalisadores alcalinos adequados já foram descritos.

[0052] Exemplos 6-9 do Exemplo Comparativo 1 O abaixo (ver tabela 2) demonstram a utilidade da adição de água à mistura de reação quando a conversão de glicinato de sódio atinge pelo menos 80% em mol. Em cada um dos exemplos 6-9, a geração de glicinato acil continua (até 91 % em mol), a geração de sabão é mínima (menos de 13% em mol), desenvolvimento de cor é baixo e geração de poliglicinato é suprimida (menos que 4% em mol).

[0053] Os seguintes exemplos apenas ilustram a invenção. Pessoas versadas na técnica reconhecerão muitas variações que estão dentro do espírito da invenção e o escopo das reivindicações.

EXEMPLO 1: Preparação de um Glicinato de N-Acil

[0054] Este exemplo demonstra a utilidade de usar glicerina o suficiente para permitir a preparação de glicinato acil de sódio de um éster metil C12- C14 e glicinato de sódio.

[0055] Um frasco de reação, equipado com agitador mecânico, aparato Dean-Stark, condensador de cabeça e entrada de nitrogênio é carregado com uma mistura de 72:26 de laurato de metil e miristato de metil (33,3g, 0, 15 mol), glicinato de sódio (15g, 0, 15 mol), glicerina (48,3g, 0,52 mol) e metóxido de sódio (0,28g de 30% em peso de solução em metanol, 0.0015 mol). Após o aquecimento por 2 h a 135°C, cerca de 5 mL de MeOH é coletado. Quando a conversão de glicinato de sódio para o glicinato de Nacil atinge 90+% em mol (confirmado por 1H NMR e titulação), o produto fundido é resfriado a temperatura ambiente. Adiciona-se água (65g) com agitação constante para dar uma solução aquosa.

EXEMPLO 2 Preparação de um Glicinato de N-acil

[0056] O procedimento do exemplo 1 é geralmente seguido com um nível reduzido de glicerina conforme indicado na tabela 1. Tempo de reação é estendido para 3h. A mistura de reação permanece fundida e fluida à temperatura de reação (140°C). A mistura é resfriada a temperatura ambiente sem tratamento adicional. Conversão é alta (99% em mol), embora a cor Gardner (13), rendimento de ácido graxo (17% em mol), ou rendimento de diglicinato (9,5% em mol) pode ser superior ao desejável para algumas aplicações de uso final.

EXEMPLO COMPARATIVO 3: Efeito Sem Glicerina

[0057) O procedimento do exemplo 1 é seguido em geral, porém glicerina não é usada. Após o aquecimento por 1h a 145-165°C, a mistura de reação torna-se rosa escura e solidifica-se. A mistura é resfriada a temperatura ambiente sem tratamento adicional. A conversão de glicinato de sódio para glicinato de N-acil é de 40% em mol.

EXEMPLO COMPARATIVO 4: Efeito de Glicerina Baixa

[0058) O procedimento do exemplo 1 é seguido em geral, porém 14,Sg (0, 16 em mol) de glicerina é usada. Após o aquecimento por 80 min. a 145-155°C, a mistura de reação torna-se rosa escura e solidifica-se. A mistura é resfriada a temperatura ambiente sem tratamento adicional. A conversão de glicinato de sódio para glicinato de N-acil é de 68% em mol.

EXEMPLO COMPARATIVO 5: Efeito de Glicerina Baixa

[0059) O procedimento do exemplo 1 é seguido em geral, porém 24,2g (0,26 em mol) de glicerina é usada. Após o aquecimento por 3h a 145-150°C, a mistura de reação não solidifica, mas a formação de espuma é alta. A mistura é resfriada a temperatura ambiente sem tratamento adicional. A conversão de glicinato de sódio para glicinato de N-acil é de 80% em mol.

[0060) A tabela 1 resume os resultados de Exemplos 1 e 2 e Exemplos Comparativos 3-5. Como a pessoa versada reconhecerá, os valores para o ácido graxo e diglicinato nos exemplos comparativos 3 e 4 são relativamente baixos, porque a mistura de reação espumou e solidificou, forçando uma terminação antecipada da reação.

EXEMPLOS 6-9 e Exemplo Comparativo 10: Adição de água à mistura de reação fundida EXEMPLO 6: Preparação de um Glicinato de N-acil

[0061] O procedimento do exemplo 1 é, em geral, seguido. Após o aquecimento por 2 h a 135°C, cerca de 5 ml de MeOH é coletado. Quando a conversão de glicinato de sódio para glicinato de N-acil atinge 80% em mol, a mistura é resfriada a 125°C, ou seja, cerca de 1 OºC acima do ponto de fusão da mistura. Agua (65g) é adicionada à mistura fundida para continuar a reação. A mistura é aquecida a 90°C por 30 min. e, em seguida, resfriada a temperatura ambiente. Conversão de glicinato de sódio para glicinato de N-acil na fase fundida (ou seja, antes de qualquer adição de água) é 85% em mol. No produto final aquoso, conversão de glicinato de sódio para glicinato de N-acil é 91 % em mol.

EXEMPLO 7: Preparação de um Glicinato de N-acil

[0062] O procedimento do exemplo 1 é seguido em geral, porém (24,2g, 0,32 em mol) de propileno glicol é usado em vez da glicerina. Após o aquecimento por 2h a 135°C, a mistura de reação permanece fluida. Agua é adicionada para continuar a reação. Conversão de glicinato de sódio para glicinato de N-acil na fase fundida é 88% em mol. No produto final aquoso, conversão de glicinato de sódio para glicinato de N-acil é 91 % em mol.

EXEMPLO 8: Preparação de um Glicinato de N-acil

[0063] O procedimento do exemplo 7 é seguido em geral, porém 14,5g (0, 19 em mol) de propileno glicol é usado. Após o aquecimento por 3h a 145°C, a mistura de reação permanece fluida. Agua é adicionada para continuar a reação. Conversão de glicinato de sódio para glicinato de N-acil na fase fundida é 80% em mol. No produto final aquoso, conversão de glicinato de sódio para glicinato de N-acil é 83% em mol.

EXEMPLO 9: Preparação de um Glicinato de N-acil

[0064] O procedimento do exemplo 1 é seguido em geral, porém uma mistura de glicerina (19,4g, 0,21 em mol) e propileno glicol (4,8g, 0,063 em mol) é usada. Após o aquecimento por 2,5 hem 145-150°C, a mistura de reação permanece fluida, embora uma formação de espuma branda seja observada. Agua é adicionada para continuar a reação. Conversão de glicinato de sódio para glicinato de N-acil na fase fundida é 85% em mol. No produto final aquoso, conversão de glicinato de sódio para glicinato de Nacil é 88% em mol.

EXEMPLO COMPARATIVO 10: Sem adição de água

[0065] O procedimento do exemplo 6 é, em geral, seguido, porém um pouco mais de glicerina é usada e o tempo de reação é estendido para 3,3 h. A mistura é resfriada a temperatura ambiente sem tratamento adicional. Os resultados aparecem na tabela 2.

[0066] Exemplos 6-9 demonstram a utilidade da adição de água à mistura de reação quando a conversão de glicinato de sódio atinge pelo menos 80% em mol. Em cada caso, a geração de glicinato acil continua, a geração de sabão é mínima, o desenvolvimento de cor é baixo e a geração de poliglicinato é suprimida. Embora o tempo de reação mais longo no exemplo comparativo 10 dê conversão ˃90% em mol (como exemplo 6), a ausência de adição de água resulta em mais desenvolvimento de cor (cor Gardner = 11 versus 4.2) e níveis mais elevados de ácidos graxos (17% em mol versus 12% em mol) e diglicinatos (5,8% em mol versus 3,6% em mol) quando comparado com o exemplo 6. A tabela 2 resume os resultados.

EXEMPLO COMPARATIVO 11: Efeito de lsobutanol adicionado

[0067] O procedimento do exemplo 1 é seguido em geral, porém uma mistura de glicerina (19,4g, 0,21 em mol) e isobutanol (4,8g, 0,065 em mol) é usada. Após o aquecimento por 3h em 145°C, a mistura de reação (embora fluida) apresenta espuma branda e o ponto de fusão da mistura de reação se aproxima da temperatura de reação. A mistura é resfriada a temperatura ambiente sem tratamento adicional. Conversão de glicinato de sódio para glicinato de N-acil na fase fundida é 67% em mol.

[0068] Este exemplo ilustra uma abordagem tradicional de solvente para fazer um glicinato de N-acil. A conversão é um pouco menor do que o desejável no ponto final prático da reação, e o isobutanol normalmente precisaria ser removido do produto.

EXEMPLO 12: Monoglicerídeo intermediário

[0069] Um frasco de reação, equipado com agitador mecânico, aparato Dean-Stark, condensador de cabeça e entrada de nitrogênio é carregado com uma mistura de 72:26 de laurato de metil e miristato de metil (33,3g, 0, 15 mol), glicerina (37,5g, 0,41 mol) e metóxido de sódio (0,28g de 30% em peso de solução em metanol, 0.0015 mol). Após o aquecimento por 3h a 125ºC, cerca de 5 mL de MeOH é colhido e análise 1H NMR confirma que a mistura de reação compreende monoglicerídeos Glicinato de sódio (15g, 0, 15 em mol) é adicionado em uma porção. Quando a conversão de glicinato de sódio para o glicinato de N-acil atinge 90+% em mol, o produto fundido é resfriado a temperatura ambiente. Adiciona-se água (65g) com boa agitação para dar uma solução aquosa.

[0070] Este exemplo ilustra a geração de um monoglicerídeo a partir de uma mistura de ésteres de metil graxos numa primeira etapa (ou seja, na ausência do sal de aminoácido). O monoglicerídeo é convertido sem problemas para o desejado glicinato de N-acil mediante a adição de sal de aminoácido.

EXEMPLO 13: Preparação de um Sarcosinato de N-acil

[0071] O procedimento do exemplo 1 é seguido, porém o sarcosinato de sódio (16,6 g, 0, 15 em mol) é usado em vez de glicinato de sódio. Quando a conversão de sarcosinato de sódio para o sarcosinato de N-acil atinge 90% em mol, o produto fundido é resfriado a temperatura ambiente. Adiciona-se água (65g) com boa agitação para dar uma solução aquosa.

EXEMPLO 14: Monoglicerídeo intermediário

[0072] O procedimento do exemplo 12 é, em geral, seguido, porém o sarcosinato de sódio (16,6 g, 0, 15 em mol) é usado em vez de glicinato de sódio. Quando a conversão de sarcosinato de sódio para o sarcosinato de N-acil atinge 90% em mol, o produto fundido é resfriado a temperatura ambiente. Adiciona-se água (65g) com boa agitação para dar uma solução aquosa.

[0073] Como mostrado nos exemplos de 13 e 14, os processos inventivas podem ser usados para preparar sarcosinatos de N-acil ou outros sais de N-acil aminoácido que são tradicionalmente mais fáceis de preparar que glicinatos de N-acil.

[0074] Os exemplos anteriores destinam-se apenas como ilustrações. As reivindicações seguintes definem a invenção.

Claims

Processo que compreende a reação de um éster alquil graxo em que a porção graxa do éster tem entre 6 e 22 carbonos com um sal de aminoácido na presença de um poliol selecionado do grupo constituído por glicerina e propileno glicol para produzir um sal de N-acil aminoácido e um alcanol C1- C4, caracterizado pelo fato de que o alcanol é removido da mistura de reação enquanto ela se forma, e em que o poliol é usado em uma quantidade eficaz para manter a mistura de reação fluida até que a conversão para o sal de N-acil aminoácido alcance o nível desejado de conclusão.
Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos 20% em peso de poliol é usado com base em quantidades combinadas de poliol, éster alquil graxo e sal de aminoácido.
Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a conversão do sal de aminoácido para o sal de N-acil aminoácido está a pelo menos 90% em mol.
Processo que compreende a reação de um poliol éster selecionado dentre mono-, di- ou triglicerídeos ou mono- ou diésteres graxos de propileno glicol, em que a porção graxa do éster tem entre 6 e 22 carbonos, com um sal de aminoácido na presença de um poliol adicionado selecionado do grupo constituído por glicerina e propileno glicol para produzir um sal de N-acil aminoácido, caracterizado pelo fato de que o poliol é adicionado em uma quantidade eficaz para manter a mistura de reação fluida, até que a conversão para o sal de N-acil aminoácido alcance o nível desejado de conclusão.
Processo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o triglicerídeo é isolado ou preparado a partir de um óleo natural.
Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 4, caracterizado pelo fato de que o sal de aminoácido é um sal de metal alcalino de um aminoácido selecionado do grupo constituído por glicina, sarcosina, βalanina, alanina, ácido glutâmico, e ácido aspártico, preferencialmente um sal de metal alcalino de glicina.
Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 4, caracterizado pelo fato de que a reação é realizada na presença de um catalisador alcalino, preferencialmente entre 0,2 e 10 moles % do catalisador alcalino, e/ou a uma temperatura dentro da faixa de 100ºC a 200ºC.
Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 4, caracterizado pelo fato de que o poliol é usado em uma quantidade eficaz para manter o ponto de fusão da mistura de reação a pelo menos 10ºC abaixo daquele da temperatura de reação em uma conversão de sal de aminoácido para sal de N-acil aminoácido maior que 70% em mol.
Processo, de acordo com a reivindicação 4 caracterizado pelo fato de que a reação é realizada na presença de um éster alquil graxo.
Processo de, acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o produto de reação compreende uma mistura de sal de N-acil aminoácido e pelo menos um monoglicerídeo.
Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 4, caracterizado pelo fato de que água é adicionada à mistura de reação quando a conversão do sal de aminoácido para o sal de N-acil aminoácido está na faixa de 50 a 90% em mol.
Processo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a conversão de grupos acil do poliol éster para o sal de N-acil aminoácido está dentro da faixa de 30% em mol para 90% em mol.
Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 4, caracterizado pelo fato de que a mistura de reação tem uma viscosidade final de menos que 10.000 cP à temperatura de reação.
Processo, que compreende a reação de um éster alquil graxo, um mono-, di- ou triglicerídeo ou um mono- ou diéster graxo de propileno glicol com um sal de aminoácido na presença de um poliol selecionado do grupo constituído por glicerina e propileno glicol para produzir um sal de N-acil aminoácido e opcionalmente um alcanol C1- C4, caracterizado pelo fato de que qualquer alcanol é removido da mistura de reação enquanto ela se forma, e o poliol é usado em uma quantidade eficaz para manter a mistura de reação fluida até que a conversão para o sal de N-acil aminoácido alcance o nível desejado de conclusão, e água é adicionada à mistura de reação quando a conversão do sal de aminoácido para o sal de N-acil aminoácido está na faixa de 50 a 90% em mol.